Nghiên cứu các thông số của cấu trúc lượng thuốc trong lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu quả phá vỡ đất đá và bảo vệ môi trường trong một số mỏ lộ thiên việt nam

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - Địa chất Lê ngọc ninh Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng số mỏ lộ thiên Việt Nam Luận án tiến sĩ kỹ thuật hà nội 2009 Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học mỏ - Địa chất Lê ngọc ninh Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng số mỏ lộ thiên Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật khai thác mỏ lộ thiên Mà số: 62.53.05.01 Luận án tiến sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học gs.Ts nhữ văn bách hà nội - 2009 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực cha đợc công bố công trình khác Tác giả luận án mục lục Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Chơng 1- Tổng quan công tác nổ mìn tác động đến môi trờng mỏ lộ thiên 1.1 Sơ lợc lịch sử phát triển nổ mìn 6 1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng vật liệu nổ công nghiệp 1.3 Các phơng pháp nổ mìn với cấu trúc lợng thuốc khác 17 mỏ lộ thiên 1.4 Những ảnh hởng phơng tiện nổ đến hiệu nổ mìn 31 1.5 Những tác động chủ yếu công tác nổ mìn mỏ lộ thiên đến 38 môi trờng Chơng 2- Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc nổ nạp lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu 52 nổ giảm thiểu tác động có hại đến môi trờng 2.1 Cấu trúc lợng thuốc nổ phân loại cấu trúc lợng thuốc nổ 52 lỗ khoan 2.1.1 Cấu trúc lợng thuốc nổ bua mìn lỗ khoan 52 2.1.2 Phân loại cấu trúc lợng thuốc nổ lỗ khoan 52 2.2 Cơ sở lý thuyết xác định thông số lợng thuốc nổ phối hợp 54 lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan 2.2.2 Xác định thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan 66 Chơng 3- Nghiên cứu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan đá dăm nhằm nâng cao hiệu 78 phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng 3.1 Khái niệm bua mìn mỏ lộ thiên 78 3.2 Vai trò nạp bua mìn mỏ lộ thiên 79 3.3 Tác dụng bua mìn 81 3.4 Những ảnh hởng bua mìn đến môi trờng tiến hành nổ mìn 3.5 Phân loại bua mìn hiệu 82 3.6 Một số phơng pháp xác định thông số kỹ thuật cột bua mìn 99 3.7 Nghiên cứu bua mìn làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan đá 109 85 dăm nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng Chơng 4- ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế 123 4.1 Xác định hiệu kinh tế nổ phối hợp hai loại thuốc nổ 4.2 Xác định hiệu kinh tế nổ với lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan 123 126 4.3 ứng dụng kết nghiên cứu nổ phối hợp hai loại thuốc nổ để 127 nâng cao hiệu nổ mìn số mỏ lộ thiên 4.4 ứng dụng kết nghiên cứu nổ với lợng thuốc có đờng kính 141 khác lỗ khoan để nâng cao hiệu nổ mìn cho số mỏ đá lộ thiên ã Kết luận kiến nghị 150 ã Danh mục công trình đ công bố tác giả 151 ã Tài liệu tham khảo 153 ã Phụ lục 155 Danh mục bảng Trang Bảng 1.1 Tổng hợp dự báo nhu cầu vật liệu nổ công nghiệp đến năm 2010 10 theo kịch Bảng 1.2 Chất nổ sử dụng khai thác lộ thiên (theo vần A, B, C) 11 Bảng 1.3 Các loại kíp nổ sử dụng Việt Nam 13 Bảng 1.4 Các loại kíp nổ diện vi sai sử dụng Việt Nam 14 Bảng 1.5 Các loại dây nổ sử dụng Việt Nam 14 Bảng 1.6 Các loại kíp nổ vi sai phi điện sử dụng Việt Nam 15 Bảng 1.7 Xác định chiều cao cột bua lỗ mìn nghiêng 30 Bảng 1.8 Xác định thông số nổ mìn lỗ mìn nghiêng 31 Bảng 1.9 Những khối mồi nổ Pentôlit hợp lý dùng để kích nổ cho ANFO 36 Bảng 1.10 Đặc tính khối mồi nổ sử dụng mỏ lộ thiên 37 Việt Nam Bảng 1.11 Nồng độ bụi cho phép nơi làm việc 51 Bảng 2.1 Phân loại đất đá theo độ nứt nẻ V.K Rubsôv 61 Bảng 2.2 Phân loại đất đá theo độ nổ V.K Rubsôv 62 Bảng 2.3 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) 70 chiều dài (l1) lỗ mìn mỏ lộ thiên Bảng 2.4 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) 76 chiều dài (l1) lỗ mìn Bảng 3.1 Lợng bụi tạo hàng năm nổ mìn số mỏ lộ thiên 84 Quảng Ninh Bảng 3.2 Bảng phân loại vật liệu bua theo thành phần, tính chất lý 87 sức kháng bua Bảng 3.3 Bảng phân loại vật liệu bua theo phơng pháp nổ mìn 87 Bảng 3.4 Các loại bua có cấu trúc đặc biệt 88 Bảng 3.5 Kết phân tích nớc mỏ Cọc Sáu trớc sau xử lý 116 Kabenlis Bảng 3.6 Thống kê lợng phoi khoan xung quanh lỗ mìn mặt tầng mỏ 118 Bảng 3.7 Xác định số lần nhồi bua theo đờng kính lỗ khoan (với bua cát) 120 Bảng 3.8 Xác định số lần nhồi bua theo đờng kính lỗ khoan ( với bua 121 hỗn hợp Kabenlis, phoi khoan đá dăm dạng khô) Bảng 4.1 Mức độ tiết kiệm chi phí nổ phối hợp ANFO 126 SOFANIT với thuốc nổ khác Bảng 4.2 Xác định thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ than Cọc Sáu 129 Bảng 4.3 Xác định thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ than Bàng Nâu 131 Bảng 4.4 Kết nổ mìn đối chứng mỏ than Bàng Nâu 132 Bảng 4.5 Xác định thông số nổ mìn hợp lý cho mỏ quặng Apatit - 135 Lao Cai Bảng 4.6 Các thông số hệ thống khai thác số mỏ đá 137 Bảng 4.7 Các thông số nổ mìn số mỏ đá 137 Bảng 4.8 Kết qủa nổ mìn đối chứng số mỏ đá vôi Việt Nam 139 Bảng 4.9 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) 144 chiều dài (l1) lỗ mìn đà áp dụng mỏ đá lộ thiên Ao Ngơm Bảng 4.10 Kết nổ mìn đối chứng thông số liên quan đến môi 145 trờng mỏ đá Ao Ngơm Bảng 4.11 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) chiều dài (l1) lỗ mìn đà áp dụng mỏ đá lộ thiên Xuân Hoà 147 danh mục hình Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 H×nh 1.5 H×nh 1.6 H×nh 1.7 H×nh 1.8 H×nh 1.9 Trang Sơ đồ thông số phân bố lỗ khoan lớn nổ mìn 18 tầng Sơ đồ thông số phân bố lỗ khoan nổ mìn 19 tầng Vùng đập vỡ điều chỉnh nổ phân đoạn lợng thuốc 21 Những lợng thuốc lỗ khoan đợc phân đoạn cột không khí Sơ đồ cấu trúc xác định thông số lỗ mìn nổ với lợng thuốc đợc phân đoạn cột không khí Sơ đồ trình tự tạo túi nổ mìn túi Sơ đồ nổ mìn tạo biên tầng mỏ Sơ đồ cấu trúc lợng thuốc có lõi cột không khí hình trụ bên hông Sơ đồ lỗ khoan đợc nạp hai l−ỵng thc xen kÏ 21 22 24 26 27 28 Hình 1.10 Sơ đồ lỗ khoan nghiêng đợc nạp hai loại thuốc nổ cách xác định thông số lỗ mìn theo Stig Olofsson Hình 1.11 Vị trí hợp lý dây nổ lỗ mìn 30 Hình 1.12 Sự ảnh hởng khối lợng lõi thuốc (M1) dây nổ đờng kính lỗ mìn (d) tỉ lệ tổn thất lợng (E) Hình 1.13 Ba vị trí đặt mồi nổ để khởi nổ lợng thuốc lỗ mìn tầng mỏ lộ thiên Hình 1.14 Sơ đồ tác dụng đến môi trờng xung quanh nổ mìn mỏ lộ thiên Hình 1.15 Sơ đồ tạo thành sóng đập không khí nổ lợng thuốc không khí Hình 1.16 Sơ đồ biểu diễn thay đổi áp lực không khí sau mặt sóng đập Hình 1.17 Bụi khí độc phát sinh nổ mìn tầng mỏ Bàng Nâu 34 33 35 38 42 43 49 Hình 1.18 Máy khoan thuỷ lực đập-xoay hÃng TamRock hoạt động tầng mỏt than lộ thiên vùng Quảng Ninh lợng bụi thải phía sau máy Hình 2.1 Một số cấu trúc lợng thuốc điển hình tầng mỏ lộ thiên 50 Hình 2.2 57 Hình 2.3 Sơ đồ hình thành vùng phá vỡ đất đá lợng thuốc nổ lỗ khoan tầng mỏ lộ thiên Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nạp lỗ 54 59 khoan đất đá cứng đồng Hình 2.4a Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nạp lỗ khoan đất đá cứng đồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng đến dốc đứng hớng cắm từ Hình 2.4b Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nạp lỗ khoan đất đá cứng đồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng đến đứng hớng cắm từ vào Hình 2.5 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ nạp lỗ khoan đất đá không đồng nhất, phân thành nhiều lớp Hình 2.6 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ nạp lỗ khoan đất đá phần mềm yếu phần dới Hình 2.7 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ nạp lỗ khoan đất đá phần dới mềm yếu phần Hình 2.8 Sơ đồ phá vỡ đất đá cứng đồng xung quanh lợng thuốc Hình 2.9 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan đất đá cứng đồng Hình 2.10a Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan đất đáđồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng đến dốc đứng hớng cắm từ Hình 2.10b Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan đất đáđồng nhất, phân lớp từ dốc nghiêng đến đứng hớng cắm từ vào Hình 2.11 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan đất đá không đồng nhất, phân thµnh nhiỊu líp 62 63 64 65 65 67 68 71 72 73 Hình 2.12 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng 74 kính khác lỗ khoan đất đá phần mềm yếu phần dới Hình 2.13 Sơ đồ tính toán thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan đất đá phần dới mềm yếu phần Hình 2.14 Cách làm thỏi thuốc có khe hở xung quanh thành lỗ khoan 75 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc bua mìn mỏ lộ thiên 78 Hình 3.2 Sơ đồ mô tả thí nghiệm nổ phá đá cỡ loại bua 81 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả thí nghiệm nổ mìn ốp phá đá cỡ 81 Hình 3.4 Bụi thoát sau nổ mìn số mỏ lộ thiên Việt Nam 83 Hình 3.5 84 Hình 3.7 Máy khoan thuỷ lực đập - xoay TamRock đập - xoay C-100 hoạt động tầng mỏ lộ thiên Việt Nam lợng bụi, phoi thải sau khoan Khói khí độc hại sinh vụ nổ chất lợng bua mỏ lộ thiên Việt Nam Sơ đồ cấu trúc cột bua có lợng thuốc khoá Hình 3.8 Sơ đồ cột bua có cấu trúc tự nêm 92 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn tốc độ bua vật liệu khác 94 Hình 3.6 Hình 3.10 Sơ đồ nạp thuốc bua nổ lỗ mìn tạo biên mỏ lộ thiên Hình 3.11 Sơ đồ lỗ mìn đợc nạp hai lợng thuốc nổ khác bua hạt rời phía theo phơng pháp Stig Olofsson (Thụy Điển) Hình 3.12 ảnh hởng lớp đất sét hay lớp đá bị vò nhàu đến cấu trúc cột bua chất lợng bua lỗ mìn Hình 3.13 Sơ đồ xác định chiều dài cột bua liên tục hoàn chỉnh Hình 3.14 Sơ đồ lỗ khoan đợc nạp hai loại thuốc nổ theo tính toán Stig Olofsson (Thụy Điển) Hình 3.15 Sơ đồ xác định chiều dài cột bua liên tục không hoàn chỉnh Hình 3.16 Sơ đồ xác định chiều dài cột bua hợp lý lỗ mìn tầng mỏ lộ thiên theo phơng pháp tác giả 77 85 92 96 97 98 99 100 102 103 140 - Về công tác bảo vệ môi trờng: tại, mỏ đá vôi nêu nằm gần mỏ sét có nhiều sét nằm xen kẽ với lớp đá nên việc sản xuất Kabenlis thuận lợi Tuy nhiên, năm trớc đây, mỏ đá sử dụng phoi khoan làm bua mìn Vì vậy, sau vụ nổ xuất nhiều đá bay, đá cỡ gây chấn động mạnh (tham khảo kết đo phụ lục1 2) Căn vào tình hình địa chất trạng khai thác mỏ đá, tác giả đề nghị số phơng án sử dụng bua mìn để nâng cao hiệu phá vỡ bảo vệ môi trờng mỏ nh sau: - ChiỊu cao cét bua tÝnh theo c«ng thøc (3.11): a 3qt ,m lb ≤ a − 3d Với công thức này, giá trị chiều dài bua mỏ có khác thờng thay đổi khoảng từ 2,8 m đến 3,0 m So sánh với chiều dài bua mỏ sử dụng trớc đây, ta thấy hai giá trị gần tơng đơng nhau, điều có nghĩa vật liệu làm bua mỏ cha đảm bảo Vì vậy, mỏ nªn chän vËt liƯu bua nh− sau: - VỊ mïa khô: sử dụng Kabenlis dạng dung dịch kết hợp với phoi khoan đá vụn rời mặt tầng công tác nhồi bua thủ công - Về mùa m−a: sư dơng bét Kabenlis trén víi phoi khoan nh·o đá dăm mặt tầng để tăng độ chặt bua Riêng mùa khô trớc nổ, mỏ đá cần làm ớt mặt tầng dung dịch Kabenlis (2%) máy bơm Nguồn nớc bơm lấy từ suối, hồ, ao dới chân núi Kabenlis đợc sản xuất mỏ (hình 4.7) Hình 4.7 Chuẩn bị bua làm từ Kabenlis kết hợp với phoi khoan đá dăm a/ mỏ đá vôi Hồng Sơn - Bút Sơn (Hà Nam) b/ mỏ đá vôi Hoàng Mai (Nghệ An) 141 Hiện tại, kết nghiên cứu tác giả đà đợc áp dụng vào thực tiễn sản xuất từ năm 2005 số mỏ (xem văn xác nhận đơn vị khai thác phụ lục 1) Nh vậy, phơng pháp nổ phối hợp loại thuốc nổ lỗ khoan có sử dụng vật liệu bua Kabenlis phơng pháp nổ mìn tiên tiến Việc xác định lại thông số hợp lý cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn đà mang lại hiệu kinh tế, đặc biệt sử dụng thuốc nổ ANFO phần lỗ mìn Theo kết nổ thí nghiệm Mỏ than Cọc Sáu (Quảng Ninh), mỏ than Bàng Nâu (Công ty Đông Bắc - Quảng Ninh) Mỏ đá nh: Hồng Sơn (Bút Sơn Hà Nam), Hoàng Mai (Nghệ An), Phơng Nam( Uông Bí Quảng Ninh) phơng pháp nổ đà giảm từ ữ % giá thành thuốc nổ cho lỗ mìn trớc giảm đợc chấn động so với phơng pháp nổ với lỗ khoan nạp loại thuốc nổ Mặt khác, kiểm tra nồng độ khí độc hại máy AQJ- 50 cho thÊy: CO = 0,0004 %; NO = 0,000015 %; NO2 = 0,00015 %; SO2 = 0,00008% lµ thông số thấp nồng độ cho phép Do đó, tác đề nghị mỏ lộ thiên Việt Nam nên ứng dụng kết nghiên cứu để nâng cao hiệu thiểu tác động có hại đến môi trờng nổ mìn 4.4 ứng dụng kết nghiên cứu nổ với lợng thuốc có đờng kính khác lỗ khoan để nâng cao hiệu nổ mìn cho số mỏ đá Trong trình thực địa để nghiên cứu nổ mìn mỏ đá Xuân Hoà (Vĩnh Phúc) Ao Ngơm (Lạng Sơn), tác giả thấy rằng: đa số mỏ áp dụng phơng pháp nổ mìn truyền thống với lợng thuốc nổ dài liên tục nên chất lợng ®Ëp ®Êt ®¸ thÊp, tû lƯ ®¸ qu¸ cì cao (5 ữ 15%), chí phí cho khâu nổ mìn lớn Điều đáng quan tâm vụ nổ thờng gây chấn động mạnh, gây nguy hiểm cho khu vực dân c gần Với tình trạng nh vậy, tác giả muốn ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tiễn nổ mìn hai mỏ đá này, góp phần vào khoa học nghiên cứu kết hợp lý thuyết với 142 thực tiễn nổ mìn, nâng cao hiệu khai thác mỏ đá giảm thiểu tác động có hại đến môi trờng 4.4.1 ứng dụng kết nghiên cứu để nâng cao hiệu nổ mìn cho mỏ đá Ao Ngơm - Lạng Sơn 4.4.1.1 Sơ lợc tình hình địa chất trạng khai thác mỏ Mỏ đá vôi Ao Ngơm mỏ đá lộ thiên kiểu đồi núi cao, địa hình hiểm trở, có quy mô khai thác nhỏ Mỏ trực thuộc nhà máy xi măng 78 - Công ty Xây xựng Công trình Hàng không (ACC), Việt Nam quản lý khai thác Mỏ nằm cách đờng quốc lộ 1A đoạn Hà Nội - Lạng Sơn km, thuộc xà Đồng Tân, Hữu Lũng, Lạng Sơn Mỏ nằm cách thôn Gốc Me 500m phía Đông Bắc thôn Đồng Nai 500 m phía Tây Nam Đất đá mỏ thuộc loại đá vôi mềm, có hệ số độ cứng f = ữ 8, nứt nẻ Về tình hình khai thác: nay, mỏ đà thay đổi công nghệ khai thác tiến hành khai thác mức +80 ữ +30 Hệ thống khai thác Máng A khấu theo lớp dốc nghiêng cắt tầng nhỏ Máng B: khấu theo lớp dốc nghiêng cắt tầng lớn Sản phẩm khai thác đợc nghiền sàng mỏ với kích cỡ khác để cung cấp cho nhà máy cho công trình giao thông xây dựng Các thông số tầng mỏ Máng A : - Chiều cao tầng: m - Góc nghiêng sờn tầng: 750 ữ 800 - Chiều rộng mặt tầng: ữ m - Chiều dài tuyến công tác: 30 ữ 50 m Các thông số tầng mỏ Máng B : - Chiều cao tÇng h = 10 m - Gãc dèc s−ên tầng =750 ữ 800 - Chiều rộng mặt tầng công tác: 10 ữ 15 m Về công nghệ khai thác máng B: mỏ sử dụng đồng thiết bị sau: máy khoan đập xoay MK- (d = 105 mm), máy xúc thuỷ lực gàu ngợc Komasu (có dung tích gàu xúc1 m3), vận tải ô tô hạng nhẹ (dung tích thùng 4m3) nh hình 4.8 143 Hình 4.8 Hiện trạng khai thác đá vôi mỏ đá Ao Ngơm (Lạng Sơn) Về công tác nổ mìn: đất đá cần phá nổ tầng đông nhÊt, nøt nỴ Má sư dơng thc nỉ AD-1 cđa Việt Nam sản xuất Phơng tiện nổ mìn kíp điện tức thời Lợng thuốc nạp lỗ khoan lợng thuốc nổ dài liên tục Các thông số nổ mìn mỏ nh sau: - Đờng kính lỗ khoan: d = 105 mm - Đờng kháng chân tầng: W = m - Khoảng cách lỗ: a = m - Nổ mìn hàng từ ữ5 lỗ - Chiều sâu lỗ khoan: Lk = 11 m - Chiều cao tầng công tác: 10 m + ChiỊu cao bua: lb = 3,5 m vµ vËt liƯu bua làm từ phoi khoan + Chỉ tiêu thuốc nổ thùc tÕ q = 0,3 ÷ 0,35 kg/ m3 VỊ kết nổ mìn: vụ nổ thờng để lại nhiều đá cỡ (40 ữ 50%) Kích thớc cục đá khoảng 0,8 ữ 2m, gây chấn động sóng va đập không khí mạnh, xuất nhiều đá bay, bụi khí độc làm ô nhiễm môi trờng xung quanh khu mỏ dân c Nguyên nhân chất lợng vật liệu bua cha đảm bảo, thông số nổ mìn cha hợp lý (hình 4.9) b Hình 4.9 Đá cỡ xuất mỏ đá Ao Ngơm theo phơng pháp nổ truyền thống 144 4.4.1.2 Xác định thông số nổ mìn lựa chọn vật liệu bua cho mỏ đá Ao Ngơm - Lạng Sơn - Về việc xác định thông số nổ mìn: Căn trạng khai thác mỏ, tác giả đề nghị ứng dụng kết nghiên cứu vào nổ mìn mỏ nh sau: ứng dụng toán 12 chơng để áp dụng nổ cho tầng đá vôi Trong đó, chiều cao cột thuốc nổ phí (l1) có đờng kính (d1) chiều dài bua (lb) đợc tính nh sau: lb a 3q t ≤ a − ,m 3d 2∆ d = ka l1 ≥ (a- lb) ( l b + ,5 l1 ) q1 ,m l1 Trong đó: qt - tiêu thuốc nổ tính toán mà ta thiết kế ban đầu q1- tiêu thuốc nổ tính cho phần đá phía tầng Việc xác định thông số nổ mìn hợp lý để áp dụng cho mỏ đá Ao Ngơm thể bảng 4.9 Từ năm 2006, mỏ đá Ao Ngơm đà áp dụng phơng pháp nổ mìn theo đề xuất tác giả (xem phụ lục1) Bảng 4.9 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) chiều dài (l1) lỗ mìn đà áp dụng mỏ đá lộ thiên Ao Ngơm Các thông số nổ mìn mỏ đá Ao Ngơm TT (mm) w a d (m) (m) h (m) Lk (m) α (®é) lb f (m) C (m) Loại thuốc nổ tỷ trọng q1 kg/m d1 l1 (mm) (m) (kg/m3) 105 4 10 11 80 3,0 6- A§ - 0,38 09, ÷1,1 42 1,5 1,5 2,5 75 0,8 6- 0,8 A§ - 36 1,2 1,2 2,0 2,2 75 0,7 6- 0,7 A§ - 09, ÷1,05 3,0 72 0,38 09, ÷1,05 80÷ 29÷ 1,4 26 0,38 24ữ 22 1,0 145 - Về công tác bảo vệ môi trờng: Căn vào tình hình địa chất trạng khai thác mỏ, tác giả đề nghị giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu phá vỡ bảo vệ môi trờng khai th¸c xung quanh khu vùc má nh− sau: - ChiỊu cao cột bua lỗ mìn lớn (105 mm) tính theo c«ng thøc (3.11): lb a 3qt ≤ a − 3d 2∆ - VỊ mïa kh«: má Ao Ngơm có địa hình núi cao nên trình khoan, lợng phoi khoan thờng bị gió thổi bay gần hÕt V× vËy, nhåi bua th−êng thiÕu vËt liƯu bua Hiện tại, xung quang chân núi đá vôi tồn nhiều đất sét lẫn cuội, sỏi tự nhiên Đây nguồn bua Kabenlis sẵn có Vì vậy, ta cần trộn thêm chất xúc tác lis đủ, sau vận chuyển bua lên núi thủ công hay tời trục - Về mùa ma: mỏ cần làm bua định hình cách sử dụng đất sét lẫn cuội sỏi tự nhiên dới chân núi, trộn với chất xúc tác lis đóng thành thỏi bua, sau vận chuyển lên núi thủ công hay tời trục Kết nổ mìn nổ đối chứng đợc xác nhận văn đơn vị sản xuất (xem phụ lục 2) đợc thống kê bảng 4.10 Bảng 4.10 Kết nổ mìn đối chứng thông số liên quan đến môi trờng mỏ Ao Ngơm Nổ theo phơng pháp mỏ Ao Ngơm Nổ theo phơng pháp 14,9 10,7 Tỷ lệ đá cỡ, % 5,5 - 10 Nång ®é khÝ CO, % 0,0005 0,0003 Néng ®é khÝ CO2, % 0,012 0,0095 Nång ®é khÝ NO, % 0,000025 0,00002 Nång ®é khÝ NO2, % 0,000015 0,00001 Nång ®é khÝ SO2, % 0,000015 0,000008 Vị trí đo cách bÃi thải, m 200 200 TT Các thông số đo nỉ Sãng chÊn ®éng, mm/s ®Ị xt 146 4.4.2 ứng dụng kết nghiên cứu để nổ mìn cho mỏ đá Xuân Hoà 4.4.2.1 Sơ lợc tình hình địa chất trạng khai thác mỏ Mỏ đá Xuân Hoà mỏ lộ thiên kiểu đồi núi thấp, có quy mô khai thác nhỏ Hiện tại, khu mỏ cũ đà dừng khai thác Từ năm 2008, má chun sang khai th¸c ë khu míi (khu Trung Màu) Mỏ trực thuộc Tổng Công ty Xây dựng VINACONEX quản lý khai thác Mỏ cách khu dân c 300 ữ 500m Đất đá mỏ thuộc loại đá Riôlit, nứt nẻ nhiều có hệ số kiên cố f = 12 ữ14 Tình hình địa chất thuỷ văn mỏ ổn định Nớc mặt chủ yếu nớc ma vào tháng 7, 8, hàng năm Lợng m−a trung b×nh 285 mm/th - VỊ t×nh h×nh khai thác: nay, nhu cầu sản phẩm đá đổ bê tông làm đờng giao thông lớn nên mỏ đà thay đổi công nghệ khai thác tiến hành khai thác khu Trung Màu Hệ thống khai thác theo lớp vận tải trực tiếp Sản phẩm khai thác đợc nghiền sàng mỏ, với kích cỡ khác để cung cấp cho công trình giao thông xây dựng Các thông số tÇng nh− sau: chiỊu cao tÇng: 10 m; gãc dèc sờn tầng: 750 ữ 800; chiều rộng mặt tầng: 20 ữ 30 m - Về công nghệ khai thác: mỏ sử dụng đồng thiết bị: máy khoan đập xoay CY-100(d = 105 mm), máy xúc thuỷ lực gàu ngợc Comasu Hitachi (dung tích gàu 1,5 m3), ôtô Kamaz (tải trọng 11 tấn) Về công tác nổ mìn: đất đá tầng mỏ gồm hai loại: phần đất đá phía thuộc loại nứt nẻ, phần đấ đá phía dới tơng đối đồng Mỏ sử dụng thuốc nổ AĐ-1 Việt Nam phơng tiện nổ mìn kíp điện với phơng pháp nổ mìn lợng thuốc nổ tập trung Các thông số nổ mìn mỏ nh sau: - Đờng kính lỗ khoan: d = 100 mm - Đờng kháng chân tầng: W = m - Khoảng cách lỗ: a = m - Khoảng cách hàng: b = m - Chiều sâu lỗ khoan : Lk = 12 m - Chiều cao tầng công tác: h = 10 m - ChiỊu cao bua: lb = ÷ 4,5 m vµ vËt liƯu bua lµm tõ phoi khoan 147 - ChØ tiªu thc nỉ thùc tÕ: qtt = 0,3 ữ 0,35 kg/ m3 Kết nổ để lại nhiều đá cỡ (12 ữ15%), gây chấn động sóng va đập không khí mạnh, xuất nhiều đá bay xuống đờng (hình 4.10), thờng làm rung chuyển số nhà dân Nguyên nhân chất lợng vật liệu bua cha đảm bảo, thông số nổ tính toán cha hợp lý Hình 4.10 Bụi, khí độc hại đá cỡ xuất nỗ tầng mỏ đá Xuân Hoà 4.4.2.2 Xác định thông số nổ mìn lựa chọn vật liệu bua cho mỏ đá Xuân Hoà - Vĩnh Phúc - Về việc xác định thông số nổ mìn: Căn vào trạng khai thác mỏ, tác giả đề ngh ứng dụng kết nghiên cứu vào nổ mìn mỏ cách sử dụng toán 11 chơng để xác dịnh thông số nổ mìn cho tầng đá Việc tính toán hợp lý thông số nổ mìn áp dụng cho mỏ đợc thể bảng 4.11 Bảng 4.11 Bảng tính đờng kính lợng thuốc nạp nổ phần (d1) chiều dài (l1) lỗ mìn đà áp dụng mỏ đá lộ thiên Xuân Hoà Các thông số nổ mìn mỏ đá Xuân Hoà d (mm) a (m) w (m) h (m) Lk (m) α (®é) lb (m) f C (m) 105 3,5 3,5 10 11 80 2,5 6-8 Loại thuốc nổ tỷ trọng (kg/m3) AĐ - 095, ữ1,05 q1 kg/cm3 d1 (mm) l1 (m) 0,38 80ữ70 148 - Về công tác bảo vệ môi trờng: Hiện tại, mỏ đá Xuân Hoà có lớp đất đá phủ bị phong hoá, chứa nhiều sét, có hàm lợng cao lanh nên việc sản xuất Kabenlis thuận lợi Căn vào tình hình địa chất mỏ, tác giả đề nghị phơng án sử dụng bua mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ bảo vệ môi trờng xung quanh khu vực má nh− sau: - ChiỊu cao cét bua nªn tÝnh theo c«ng thøc (3.11) nh− sau: a 3q lb a ,m 3d Với công thức này, giá trị chiều dài bua thay đổi từ 2,5 ữ 3,0 m So sánh với chiều dài bua mỏ áp dụng ta thấy: thông số chiều dài cột bua mỏ chọn tơng đối dài Mặt khác, phần đất đá phía nứt nẻ nhiều, mỏ lại sử dụng vật liệu bua làm từ phoi khoan, nên sau vụ nổ mìn để lại nhiều đá cỡ, gây bụi khí độc hại Vì vậy, tác giả đề nghị mỏ nên chän vËt liƯu bua nh− sau: + VỊ mïa Kh«: sử dụng Kabenlis dạng dung dịch kết hợp với phoi khoan đá vụn rời mặt tầng công tác nhồi bua thủ công + Về mùa ma: sử dụng bột Kabenlis trộn với phoi khoan đá dăm (sẵn có mỏ) để tăng độ chặt bua Riêng mùa khô trớc nổ, cần làm ớt mặt tầng công tác dung dịch Kabenlis loÃng máy bơm áp lực Nguồn sét làm Kabenlis có sẵn lớp đất phong hoá tầng hay dới chân núi (hình 4.11) Hiện nay, mỏ đá Xuân Hoà đà áp dụng phơng pháp nổ mìn với lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan Đồng thời, mỏ sử dụng bua Kabenlis kết hợp với phoi khoan đá dăm nạp nổ Kết nổ cho thấy: tỉ lệ đấ cỡ giảm từ 5% xuống 1%, đồng thời nổ giảm thiểu đợc bụi, khí độc hại chấn động 149 Hình 4.11 Lớp đất phủ làm Kabenlis mỏ đá Xuân Hoà Tóm lại, kết đà chứng tỏ rằng: phơng pháp nổ mìn với lợng thuốc nổ có đờng kính khác lỗ khoan phơng pháp nổ mìn tiên tiến, mang lại hiệu kinh tế mà giảm thiểu đợc tác động tiêu cực đến môi trờng, đặc biệt giảm chấn động nổ mìn Theo kết nổ thí nghiệm kiểm nghiệm lại thời gian ứng dụng, phơng pháp nổ đà tiết kiệm đợc ữ kg thuốc cho lỗ mìn có đờng kính 105 ữ 115 mm so với lợng thuốc nổ dài nạp liên tục Khi kiểm tra chấn động thiết bị Mini Plus cho vụ nổ cho thấy đảm bảo an toàn chấn động nh hàm lợng bụi khí độc hại thoát nổ mìn Với u điểm phơng pháp nổ này, tác đề nghị mỏ đá nằm gần khu vực dân c, có quy mô nổ nhỏ nên ứng dụng phơng pháp nổ mìn với lợng thuốc có đờng kính khác lỗ khoan để nâng cao hiệu phá vỡ đất đá giảm thiểu tác động môi trờng nổ mìn 150 Kết luận kiến nghị Kết luận Luận án tiến sĩ với đề tài: Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng số mỏ lộ thiên Việt Nam đà đạt đợc mục tiêu nghiên cứu đề Nội dung luận án đà trình bày đợc vấn đề nghiên cứu nổ mìn bảo vệ môi trờng khai thác lộ thiên nói chung số mỏ lộ thiên nói riêng Kết nghiên cứu cụ thể luận án là: Xây dựng đợc mối quan hệ thông số lợng thuốc nổ phối hợp lỗ khoan với thông số nổ mìn tính chất đất đá cần phá nổ tầng, làm sở để thiết kế nổ mìn cách khoa học hợp lý Đây kết nghiên cứu mới, áp dụng nâng cao đợc hiệu nổ mìn giảm thiểu đợc tác động có hại vụ nổ đến môi trờng Xây dựng đợc mối quan hệ thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác nạp lỗ khoan với thông số nổ mìn tính chất đất đá cần phá nổ tầng mỏ, làm sở để thiết kế nổ mìn cách khoa học hợp lý, đảm bảo tính đắn tính kế thừa với nghiên cứu trớc Đây kết nghiên cứu mới, áp dụng nâng cao đợc hiệu nổ mìn giảm thiểu đợc tác động có hại vụ nổ đến môi trờng Phân loại đánh giá hợp lý loại bua mìn mỏ lộ thiên cách có hệ thống khoa học, đồng thời nêu rõ vai trò, tác dụng việc nạp bua mìn nh ảnh hởng đến môi trờng có liên quan đến bua mìn tiến hành công tác nổ mìn mỏ lộ thiên Nghiên cứu điều chế hợp chất Kabenlis, chủ yếu làm làm từ đất sét kết hợp với chất xúc tác muối ăn hay nớc biển CaO Đây hợp chất sản xuất đơn giản kinh tế Đặc biệt, kết hợp với phoi khoan đá dăm trở thành loại bua tích cực, vừa nâng cao đợc hiệu nổ mìn, vừa giảm thiểu đợc bụi khí độc hại tới môi trờng khai thác mỏ lộ thiên Hiện tại, số mỏ lộ thiên đà ứng dụng kết nghiên cứu luận án Kiến nghị Tác giả mong muốn kết nghiên cứu luận án đợc ứng dụng sâu rộng vào thực tế, góp phần nâng cao hiệu nổ mìn giảm thiểu tác động có hại đến môi trờng khai thác lộ thiên 151 DANH MC Các công trình đ công bố tác GI Lê Ngọc Ninh (2002), Trái đất hôm ngày mai, Thông tin Khoa học Công nghệ mỏ, (8), tr 20-22 Lê Ngọc Ninh, Nguyễn Phụ Vụ (2002), Giảm thiểu tác động tiêu cực trình khai thác cụm mỏ lộ thiên Khu vực Đá Mài - Tấn Tài, Tạp chí Công nghiệp mỏ, (5), tr 9-11 Lê Ngọc Ninh (2002), Xác định chiều cao hợp lý cột bua mìn mỏ lộ thiên, Thông tin Khoa học Công nghƯ má, (12), tr 5-7 Lª Ngäc Ninh (2003), Sử dụng bua nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá, đảm bảo an toàn giảm thiểu tác động có hại đến môi trờng khai thác má”, Th«ng tin Khoa häc C«ng nghƯ má, (8), tr 18-19 Lª Ngäc Ninh (2004), “Nghiªn cøu cÊu tróc cột bua từ Bentonit với phoi khoan, cát, sỏi đá dăm nhằm nâng cao hiệu nổ mìn bảo vệ môi trờng mỏ lộ thiên Việt Nam, Báo cáo hội nghị khoa học lần thứ 16- Quyển 1, Đại Học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, tr 56-61 Lê Ngọc Ninh (2005), Nghiên cứu thông số lợng thuốc nổ khác nạp lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá mỏ lộ thiên, Tạp chí Công nghiệp mỏ, (5), tr 17-19 Lª Ngäc Ninh (2006), “Nghiªn cøu thông số lợng thuốc nổ có đờng kính khác nạp lỗ khoan nhằm nâng cao hiệu nổ mìn mỏ lộ thiên, Tạp chí Công nghiệp mỏ, (5), tr 28-30 Lê Ngọc Ninh (2006), Nghiên cứu hợp chất Kabenlis để tăng hiệu nổ mìn bảo vệ môi trờng khai thác mỏ, Tạp chí khoa học- kỹ thuật, Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội, (14), tr 63-66 Lê Ngọc Ninh (2006), Nghiên cứu hợp chất kabenlis để làm nớc sông Tô Lịch hộ nớc bị ô nhiễm nặng, Hội nghị khoa học kỹ thuật mỏ toàn quốc lần thứ 17- Tuyển tập báo cáo khoa học- Đà Nẵng tháng 8, Hội Khoa học Công nghệ mỏ ViƯt Nam, tr 692-696 152 10 Lª Ngäc Ninh (2007), ứng dụng phơng pháp nổ mìn với lợng thuốc nổ có đờng kính khác nạp lỗ khoan vật liệu bua KABENLIS, Tạp chí Công nghiệp má, (2), tr 9-11 11 Lª Ngọc Ninh (2007), “Nghiªn cứu hợp chất Kabenlis - để làm nguyªn liệu x lý nc moong m than l thiên Cc Sáu số đề xuất ứng dụng kh¸c hợp chất”, Tạp chÝ khoa học- kỹ thuật, Mỏ - Địa chất, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội (17), tr.51-56 12 Le Ngoc Ninh (2008), “Research on KABENLIS compound for protecting open pit mining environment”, Publishing house for science and technology, Ha Noi, tr 414-418 153 TµI LIệU THAM KHảO Nhữ Văn Bách (1990), Phá vỡ đất đá phơng pháp khoan nổ mìn, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Nhữ Văn Bách (1994), Nâng cao hiệu phá vỡ đất đá nổ mìn điều kiện khác nhau, Bài giảng cho cao học khai thác mỏ, Trờng Đại học Mỏ- Địa chất, Hà Nội Công Ty Hoá Chất Mỏ (1996), Thuốc nổ công nghiêp phụ kiện nổ, Tập phụ trơng Tạp chí than Việt Nam Hồ Sĩ Giao (2001), Bảo vệ môi trờng khai thác lộ thiên, Bài giảng dành cho sinh viên, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Hồ Sĩ Giao (1999), Thiết kế mỏ lộ thiên, NXB Giáo dục, Hà Nội Trần Xuân Hà (1999), Bảo vệ môi trờng khai thác mỏ, Bài giảng cho học viên cao học, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Hoàng Bá Năng (1999), Hoá học vô cơ, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội Lê Ngọc Ninh (2002), Nghiên cứu tác dụng bua mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng khai thác mỏ lộ thiên, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội Lê văn Quyển (2006), Phối hợp hai loại thuốc nổ theo phơng pháp nạp xen kẽ, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, (14) tr 22-25 10 Nguyễn An Phơng (1998), Lợng thuốc nổ phân đoạn không khí điều khoản 3.3.3.14 TCVN5326-91, Tạp chí Công nghiệp mỏ, Hà Nội 11 Nguyễn An Phơng (2004), Các lợng thuốc có lõi không khí hình trụ, Hội nghị khoa học lần thứ 16, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà nội 12 Nguyễn An Phơng (2006), Các hiệu ứng vật lý đặc trng khởi nổ dây nổ, Hội nghị khoa học lần thứ 17, Trờng Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội 154 13 Nguyễn An Phơng (2006), Ba phơng án vị trí mồi nổ theo phơng đứng lợng thuốc liên tục dạng cột mỏ lộ thiên, Hội nghị khoa học mỏ toàn quốc, Héi KH CN má ViƯt Nam, tr.227-223 14 Tỉng C«ng ty Than Việt Nam, Công ty T vấn đầu t Mỏ Công nghiệp (2001), Quy hoạch tổng thể phát triển ngành vật liệu nổ công nghiệp đến năm 2010, Tập II - Thuyết Minh 15 Bùi Văn Vịnh (2000), Nghiên cứu ứng dụng nổ mìn xây dựng thuỷ lợi Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trờng Đại học Thuỷ lợi, Hà Nội 16 A G Bê - Chêch - Chin (1961), Khoáng vật học, Nguyễn Văn Chiển (dịch), NXB Giáo dục, Hà Nội 17 M.D Lomtadza (1978), Thạch luận công trình, Phạm Xuân tác giả (dịch), NXB đại học THCN, Hà Néi 18 Carlos Lopez Jimeno, Emilio Lopez Jimeno vµ Francisco Javier Ayala Carcedo (1995), Drilling and Bllasting of rock, Spain 19 Stig O Olofsson (1997), Applied expensive technology for construction and mining, Publicsher APPLEX P.O BOX 71 S-640 43 ARLA, Sweeden 20 Б.H.KYTYЗOB (1980), BЗPЫBHЫE PAбOTЫ, ИЗД HEДPA, MOCKBA ... học mỏ - Địa chất Lê ngọc ninh Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng số mỏ lộ thiên Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật khai thác mỏ lộ thiên. .. lỗ khoan Vì vậy, đề tài: Nghiên cứu thông số cấu trúc lợng thuốc lỗ mìn nhằm nâng cao hiệu phá vỡ đất đá bảo vệ môi trờng sè má lé thiªn ViƯt Nam ” mang tÝnh cÊp thiết đáp ứng yêu cầu thực mỏ. .. nổ mìn hợp lý cho mỏ quặng Apatit - 135 Lao Cai Bảng 4.6 Các thông số hệ thống khai thác số mỏ đá 137 Bảng 4.7 Các thông số nổ mìn số mỏ đá 137 Bảng 4.8 Kết qủa nổ mìn đối chứng số mỏ đá vôi Việt